傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震倒塌能力評估方法需要對結(jié)構(gòu)建立復(fù)雜的有限元模型并進(jìn)行大量非線性時(shí)程分析。因此，傳統(tǒng)方法計(jì)算量較大，評估效率較低，在工程實(shí)踐尤其在城市尺度群體結(jié)構(gòu)評估中實(shí)用性不強(qiáng)，且不易被工程人員掌握。將復(fù)雜多自由度結(jié)構(gòu)簡化等效為單自由度體系可以極大地提高抗倒塌能力評估效率，其中關(guān)鍵技術(shù)在于如何確定恢復(fù)力模型中骨架曲線及滯回參數(shù)。以往簡化方法一般僅考慮恢復(fù)力模型中骨架曲線控制參數(shù)，忽略了滯回參數(shù)的影響，然而現(xiàn)有研究表明，結(jié)構(gòu)滯回特性（如剛度、強(qiáng)度退化以及捏縮效應(yīng)等）對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)影響較大，不能忽視。因此，針對上述問題，中國地震局工程力學(xué)研究所公茂盛研究員團(tuán)隊(duì)的研究生鄒曉霖、公茂盛研究員、左占宣副研究員等，提出了一種基于等效單自由度體系同時(shí)考慮骨架曲線及滯回特性的結(jié)構(gòu)抗震倒塌能力高效評估方法。
提出了一種結(jié)構(gòu)抗倒塌能力高效評估方法（圖1）。該方法主要包括以下四個(gè)步驟：首先對多自由度結(jié)構(gòu)建立有限元模型進(jìn)行靜力往復(fù)推覆分析并得到其等效單自由度體系；其次采用優(yōu)化算法校準(zhǔn)單自由度體系骨架曲線和滯回特征參數(shù)；然后對等效單自由度體系進(jìn)行增量動力分析；最后得到結(jié)構(gòu)倒塌易損性曲線并評估結(jié)構(gòu)抗倒塌能力。分別對RC純框架結(jié)構(gòu)、鋼框架結(jié)構(gòu)和RC填充墻框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗倒塌能力評估，并與傳統(tǒng)抗倒塌能力評估方法計(jì)算結(jié)果對比，驗(yàn)證和表明了本文所提方法的有效性和高效性。
本文主要內(nèi)容及結(jié)論包括以下三點(diǎn)：
（1）所提方法采用的ARO優(yōu)化算法在識別單自由度模型參數(shù)上具有較高的精度，且對于不同類型結(jié)構(gòu)的目標(biāo)滯回曲線均可取得較好效果（圖2），理論上方法可以應(yīng)用于不同類型結(jié)構(gòu)。采用ARO優(yōu)化算法識別414個(gè)框架柱試驗(yàn)中骨架曲線和滯回參數(shù)，結(jié)果表明相較于現(xiàn)有其他優(yōu)化算法，本文所提優(yōu)化算法在實(shí)現(xiàn)結(jié)果同等精度前提下，優(yōu)化計(jì)算效率可提升17.45%。
（2）采用所提評估方法對2層RC純框架結(jié)構(gòu)（圖3）、3層鋼框架結(jié)構(gòu)（圖4）和3層RC填充墻框架結(jié)構(gòu)（圖5）進(jìn)行抗倒塌能力評估，得到的倒塌易損性曲線與采用多自由度有限元模型的計(jì)算結(jié)果差異較小，表明本文方法用于倒塌能力評估具有較高的有效性和準(zhǔn)確性。
（3）相較于傳統(tǒng)直接采用多自由度有限元模型抗倒塌能力評估方法，采用本文所提等效單自由度方法進(jìn)行抗倒塌能力評估，所需計(jì)算時(shí)間僅為傳統(tǒng)方法的2%（圖6），大幅度提升了評估計(jì)算效率。另外，本文所提方法不僅適用于單體結(jié)構(gòu)，也可以推廣至城市尺度的群體結(jié)構(gòu)抗倒塌能力評估。
該成果發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Engineering Structures》（Xiaolin Zou, Maosheng Gong*, Zhanxuan Zuo*, Qifang Liu, An efficient framework for structural seismic collapse capacity assessment based on an equivalent SDOF system, Engineering Structures, Volume 300, 2024, 117213, ISSN 0141-0296, https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2023.117213.）（IF：5.5，*通訊作者）。
圖1 結(jié)構(gòu)抗震倒塌能力高效評估方法流程
圖2 單自由度體系參數(shù)識別效果
圖3 RC純框架結(jié)構(gòu)（a）IDA曲線對比和（b）倒塌易損性曲線對比
圖4 鋼框架結(jié)構(gòu)（a）IDA曲線對比和（b）倒塌易損性曲線對比
圖5 RC填充墻框架結(jié)構(gòu)（a）IDA曲線對比和（b）倒塌易損性曲線對比
圖6 提出的評估框架和傳統(tǒng)倒塌能力評估方法的計(jì)算時(shí)間對比
資訊內(nèi)容
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研究亮點(diǎn)
